DE112019005316T5

DE112019005316T5 - Abgassensor

Info

Publication number: DE112019005316T5
Application number: DE112019005316.7T
Authority: DE
Inventors: Takashi Araki; Masato Katsuno
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-07-15
Also published as: WO2020085133A1; JP7151373B2; JP2020067374A; US11927120B2; US20210239026A1

Abstract

Ein Abgassensor (S) enthält eine Elementabdeckung (3), eine Heizvorrichtung (4), einen Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung (5) und einen Diagnoseabschnitt für einen Abdeckungszustand (6). Die Elementabdeckung (3) nimmt ein Sensorelement (1) auf, das einen Erfassungsabschnitt (2) enthält, und enthält ein oder mehrere Gasströmungslöcher (31 und 32). Die Heizvorrichtung (4) heizt das Sensorelement (1) auf. Der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung (5) steuert, wie die Heizvorrichtung das Sensorelement (1) aufheizt. Der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand (6) diagnostiziert einen Zustand der Elementabdeckung (3) unter Verwendung der Informationen zur Heizvorrichtung, die erhalten werden, wenn die Heizvorrichtung (4) durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung (5) betrieben wird. Der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand (6) enthält einen Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit (61), welcher bestimmt, ob der Zustand der Elementabdeckung (3) basierend auf einer Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung, die über einen Betriebszustand der Heizvorrichtung (4) und einen Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung (3) erhalten wird, diagnosefähig ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert und beansprucht die Priorität der früheren japanischen Patentanmeldung No. 2018-200243 , eingereicht am 24. Oktober 2018, deren Beschreibung hierin vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Abgassensor zum Erfassen eines Bestandteils, der in dem Abgas enthalten ist.
Hintergrund
Abgassensoren werden zum Erfassen eines spezifischen Gasbestandteils (wie etwa NOx) und von Feinstaub (im Folgenden, falls erforderlich, als PM bezeichnet), die im Abgas von beispielsweise einem Fahrzeugmotor, enthalten sind. Ein Abgassensor ist im Allgemeinen auf solche Weise montiert, dass das distale Ende eines Sensorelements, welches durch ein Gehäuse getragen wird, in dem Abgasdurchlass angeordnet ist, wobei das Sensorelement in einer Elementabdeckung aufgenommen ist.
Die vermehrt strengeren Emissionsverordnungen für Fahrzeugmotoren machen es in den letzten Jahren notwendig, auch eine Störung bei Abgassensoren zu erfassen. Beispielsweise enthält ein Abgasreinigungssystem, das einen Partikelfilter zum Ansammeln von Feinstaub enthält, einen PM Sensor, welcher Feinstaub, der entweicht bzw. leckt, wenn der Partikelfilter beispielsweise beschädigt ist, erfasst. Falls der PM Sensor nicht korrekt arbeitet, kann möglicherweise eine fehlerhafte Erfassung auftreten. Um die Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen, ist es notwendig, zu erfassen, ob eine Abnormität bei dem PM Sensor selbst auftritt.
Einer der Faktoren, der die Funktion des Sensors verschlechtert, ist eine Abnormität in der Elementabdeckung. Beispielsweise ändert sich, falls die Abdeckung verstopft ist oder sich abgelöst hat, der Zustand des Abgases, das zum Sensorelement eingeleitet wird, wobei dies eine korrekte Ausgabe verhindert. PTL 1 schlägt einen PM Sensor vor, der ein Mittel zum Erfassen einer Verstopfung enthält, das das Verstopfen von Luftlöchern in der Elementabdeckung erfasst. Das Mittel zum Erfassen einer Verstopfung verwendet die Temperatur des Sensorelements, um die Erfassung selbst während eines Zeitraums, wenn das Sensorelement in einer Totzone ist, ausführen zu können. Beispielsweise wird bestimmt, dass das Verstopfen aufgetreten ist, wenn die Änderungsrate der Temperatur, wenn das Sensorelement durch eine Heizvorrichtung aufgeheizt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist oder falls die Differenz zwischen der Temperatur des Abgases stromaufwärts des Sensorelements und die Temperatur des Sensorelements größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1 Internationale Veröffentlichung 2012/032622
Kurzfassung der Erfindung
Wie in PTL 1 vorgeschlagen, ist es beispielsweise in einem Fall, in welchem die Bestimmung auf Basis der Temperatur des Sensorelements vorgenommen wird, notwendig, dass eine Heizvorrichtung zum Aufheizen des Sensorelements korrekt funktioniert. Falls die Verschlechterung oder dergleichen der Heizvorrichtung auftritt, verringert sich die Genauigkeit der Bestimmung. Darüber hinaus ändert sich beispielsweise, falls die Umgebungsbedingung gemäß einer Betriebsbedingungen des Motors schwankt, der Zustand, in welchem das Gas auf dem Sensorelement auftrifft, wobei dies die Temperaturänderung des Sensorelements beeinflusst, wenn das Sensorelement durch die Heizvorrichtung aufgeheizt wird. Dies kann möglicherweise eine fehlerhafte Erfassung verursachen. Wie vorher beschrieben ist es schwierig, den Zustand der Abdeckung zu bestimmen, wenn beispielsweise die Temperatur des Sensorelements, welche durch die Umgebungsbedingung beeinflusst wird, verwendet wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen sehr zuverlässigen Abgassensor vorzusehen, der den Zustand einer Elementabdeckung, die ein Sensorelements schützt, genau diagnostizieren kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Abgassensor, wobei der Abgassensor enthält: ein Sensorelement, das einen Erfassungsabschnitt enthält, der konfiguriert ist, einen spezifischen Bestandteil, der im Abgas enthalten ist, zu erfassen; eine Elementabdeckung, die das Sensorelement aufnimmt und ein oder mehrere Gasströmungslöcher zum Ein- und Auslassen des Abgases aus der Elementabdeckung enthält; eine Heizvorrichtung, die konfiguriert ist, das Sensorelement auf zu heizen, wenn sie erregt wird; einen Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung, der konfiguriert ist, zu steuern, wie die Heizvorrichtung das Sensorelement aufheizt; und ein Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand, der konfiguriert ist, einen Zustand der Elementabdeckung unter Verwendung von Informationen zur Heizvorrichtung zu diagnostizieren, die erhalten werden, wenn die Heizvorrichtung durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung betrieben wird, wobei der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand einen Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit aufweist, der konfiguriert ist, zu bestimmen, ob der Zustand der Elementabdeckung auf Basis einer Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung, die von einem Betriebszustand der Heizvorrichtung und einem Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung erhalten wird, diagnosefähig ist.
Bei dem vorher beschriebenen Abgassensor bestimmt der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand, ob die Elementabdeckung durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit vor dem Diagnostizieren des Zustands der Elementabdeckung unter Verwendung der Informationen zur Heizvorrichtung, die das Sensorelement aufheizt, diagnostiziert werden kann. Dadurch wird bestimmt, ob die Informationen zur Heizvorrichtung auf Basis von sowohl dem Betriebszustand der Heizvorrichtung, als auch der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung genau sind. Beispielsweise wird bestimmt, dass die Elementabdeckung diagnostiziert werden kann, falls bestimmt wird, dass die Heizvorrichtung zum Aufheizen des Sensorelements korrekt betrieben werden kann und der Einfluss der Umgebungsbedingung des Sensorelements auf die Diagnose des Zustands der Abdeckung unter Verwendung der Informationen zur Heizvorrichtung gering ist. Demzufolge wird der Zustand der Abdeckung diagnostiziert, während das Sensorelement und die Umgebungsbedingung in einem geeigneten Zustand sind, sodass eine fehlerhafte Erfassung verhindert wird.
Wie vorher beschrieben, sieht der vorherige Aspekt einen sehr zuverlässigen Abgassensor vor, der den Zustand einer Elementabdeckung, die ein Sensorelement schützt, genau diagnostizieren kann.
Figurenliste
Die vorher genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden unter Bezugnahme der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigt:

1 eine Ansicht, die eine generelle Anordnung eines Abgassensors gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts des Sensorkörpers des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Hauptabschnitts eines Sensorelements des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ein Diagramm, das eine generelle Anordnung eines Abgasreinigungssystems, das den Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform enthält, veranschaulicht;
5 eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern eines Betriebs des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein Flussdiagramm eines Diagnoseprozesses für einen Abdeckungszustand, der durch einen Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
7 ein Zeitdiagramm, das eine Heizsteuerung, die durch eine Heizvorrichtung des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird und Änderungen in der Temperatur des Sensorelements zeigt;
8 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen Informationen zur Heizvorrichtung und einem Diagnoseschwellwert, der von dem Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird zeigt, wobei ein normales Erzeugnis mit einem Erzeugnis, bei welchem die Abdeckung verstopft ist, verglichen wird;
9 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsprozesses für die Diagnosefähigkeit, der durch einen Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit, der in einem Diagnoseabschnitt für einen Abdeckungszustand eines Abgassensors gemäß einer zweiten Ausführungsform enthalten ist, ausgeführt wird;
10 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen einem normalen Widerstandsbereich der Heizvorrichtung und Widerstandsschwellwerten zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird;
11 ein Flussdiagramm, das einen Teil des Bestimmungsprozesses für die Diagnosefähigkeit zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit eines Diagnoseabschnitts für einen Abdeckungszustand bei einem Abgassensor gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird;
12 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen dem Widerstand der Heizvorrichtung und der Sensortemperatur zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit des Diagnoseabschnitts für einen Abdeckungszustand gemäß dem Modifikation der zweiten Ausführungsform verwendet wird;
13 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen einem normalen Temperaturbereich des Sensors und Widerstandsschwellwerten zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß dem Modifikation der zweiten Ausführungsform verwendet wird;
14 ein Flussdiagramm, das einen Teil des Bestimmungsprozesses der Informationen zur Heizvorrichtung zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand bei dem Abgassensor gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird;
15 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Strömungsrate eines Teils des Abgases und der Temperatur des Teils des Abgases zeigt, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird;
16 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsprozesses von Informationen für die Heizvorrichtung, der durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung eines Diagnoseabschnitts eines Abdeckungszustands bei einem Abgassensor gemäß einer dritten Ausführungsform ausgeführt wird;
17 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Temperatur des Teils des Abgases zeigt, um das Verfahren zum Einstellen eines Diagnoseschwellwerts A zu erläutern, der durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird;
18 ein Graph, der den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Strömungsrate des Teils des Abgases zeigt, um das Verfahren zum Einstellen des Diagnoseschwellwerts A zu erläutern, der durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird;
19 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsprozesses für Informationen zur Heizvorrichtung, der durch einen Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung eines Diagnoseabschnitts eines Abdeckungszustands bei einem Abgassensor gemäß einer vierten Ausführungsform ausgeführt wird;
20 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Temperatur des Teils des Abgases zeigt, um das Verfahren zum Einstellen der Diagnoseschwellwerte A und B zu erläutern, die durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der vierten Ausführungsform verwendet werden;
21 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung der Strömungsrate des Teils des Abgases zeigt, um das Verfahren zum Einstellen der Diagnoseschwellwerte A und B zu erläutern, die durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand gemäß der vierten Ausführungsform verwendet werden;
22 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsprozesses für Informationen zur Heizvorrichtung, der durch einen Diagnoseabschnitt für die Diagnosefähigkeit einer Heizvorrichtung eines Diagnoseabschnitts eines Abdeckungszustands bei einem Abgassensor gemäß einer fünften Ausführungsform ausgeführt wird;
23 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Temperatur des Teils des Abgases während der Heizsteuerung, die durch die Heizvorrichtung des Abgassensors ausgeführt wird, zeigt, wobei ein normales Erzeugnis mit einem Erzeugnis, das eine defekte Abdeckung aufweist, gemäß dem Testbeispiel 1 verglichen wird;
24 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Sensortemperatur, der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Strömungsrate des Teils des Abgases während der Heizsteuerung, die durch die Heizvorrichtung des Abgassensors ausgeführt wird, zeigt, wobei ein normales Erzeugnis mit einem Erzeugnis, das eine verstopfte Abdeckung aufweist, gemäß dem Testbeispiel 1 verglichen wird;
25 ein Zeitdiagramm, das Heizsteuerungsmoden der Heizvorrichtung des Abgassensors und Änderungen in der Temperatur des Sensorelements gemäß dem Testbeispiel 1 zeigt;
26 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Hauptabschnitts des Sensorelements des Abgassensors, die eine weitere beispielhafte Konfiguration zeigt; und
27 vergrößerte Querschnittsansichten, die beispielhafte Konfigurationen des Hauptkörpers des Temperaturerfassungsabschnitts des Sensorelements beim Abgassensor veranschaulichen.

Beschreibung der Ausführungsform
Erste Ausführungsform
Ein Abgassensor gemäß einer Ausführungsform wird mit Bezug zu den 1 bis 14 beschrieben.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, enthält ein Abgassensor S einen Sensorkörper S1 und eine Steuerungsvorrichtung S2 und wird beispielsweise in einer Abgasreinigungsvorrichtung 100 für ein Fahrzeug, die in 4 gezeigt ist, angewendet. Der Sensorkörper S1 enthält ein Sensorelement 1, welches einen Erfassungsabschnitt 2 enthält, eine Elementabdeckung 3, welche das Sensorelement 1 aufnimmt und eine Heizvorrichtung 4, welche das Sensorelement 1 aufheizt, wenn sie erregt wird. Die Steuerungsvorrichtung S2 enthält einen Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5, welche das Aufheizen des Sensorelements 1 durch die Heizvorrichtung 4 steuert und einen Diagnoseabschnitt für einen Abdeckungszustand 6, welcher den Zustand der Elementabdeckung 3 diagnostiziert.
Das Sensorelement 1 ist als ein längliches rechteckiges Parallelepiped geformt und erstreckt sich in einer axialen Richtung X des Sensorkörpers S1. In dieser Beschreibung wird die vertikale Richtung in 1 als die axiale Richtung X bezeichnet. Das untere Ende in der axialen Richtung X wird als das distale Ende des Sensorkörpers S1 bezeichnet und das obere Ende in der axialen Richtung X wird als das proximale Ende des Sensorkörpers S1 bezeichnet. Der Erfassungsabschnitt 2 ist an dem distalen Ende des Sensorelements 1 in der axialen Richtung X angeordnet und erfasst einen spezifischen Bestandteil, der im Abgas enthalten ist. Beispiele des spezifischen Bestandteils sind Feinstaub (im Folgenden, falls erforderlich, vereinfacht als PM bezeichnet), der im Abgas, das beispielsweise von einem Fahrzeugmotor ausgestoßen wird, enthalten ist und ein Gasbestandteil wie etwa NOx.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 100, die in 4 gezeigt ist, ist ein Beispiel zur Verwendung des Abgassensors S als ein PM Sensor zum Erfassen des spezifischen Bestandteils, welcher in diesem Fall Feinstaub ist.
Die Elementabdeckung 3 schützt das Sensorelement 1 beispielsweise vor giftigen Substanzen und kondensiertem Wasser im Abgas und enthält die Gasströmungslöcher 31 und 32, um das Abgas in den inneren Raum ein- und auszulassen. Das Sensorelement 1 enthält die Heizvorrichtung 4 zum Aufheizen des Sensorelements 1 (beispielsweise mit Verweis auf 3) und ist mit einer fahrzeugseitigen elektronischen Steuerungseinheit (hier als die ECU bezeichnet) 60, welche den Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 enthält, über eine Sensorsteuerungseinheit (hier als die SCU bezeichnet) 50, welche den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 enthält, verbunden.
Der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 diagnostiziert den Zustand der Elementabdeckung 3 unter Verwendung der Informationen zur Heizvorrichtung, die erhalten werden, wenn die Heizvorrichtung 4 betrieben wird. Der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 enthält einen Bestimmungsabschnitt für eine Diagnosefähigkeit 61, welche bestimmt, ob der Zustand der Elementabdeckung 3 auf Basis der Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung, die über den Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 und den Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung 3 erhalten wird, diagnostiziert werden kann.
Dadurch bestimmt der Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61, ob die Informationen zur Heizvorrichtung basierend darauf, ob die Heizvorrichtung 4 bereit ist, auf normale Weise zu arbeiten und ob der Zustand der Umgebungsbedingung in einem Zustand ist, der es ermöglicht, dass der Zustand der Elementabdeckung 3 diagnostiziert wird, genau sind.
Genauer ausgedrückt, bestimmt der Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61, dass der Zustand der Elementabdeckung 3 diagnostiziert werden kann, falls basierend auf den Informationen zum Widerstandswert der Heizvorrichtung 4 oder den Temperaturinformationen zum Sensorelement 1 bestimmt wird, dass die Heizvorrichtung 4 bereit ist, auf normale Weise zu arbeiten und falls auf Basis der Abgasinformationen zum Abgas um die Elementabdeckung 3 herum bestimmt wird, dass der Zustand der Umgebungsbedingung in einem Zustand ist, der es ermöglicht, den Zustand der Elementabdeckung zu diagnostizieren.
Falls bestimmt wird, dass der Zustand der Elementabdeckung durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 diagnostiziert werden kann, vergleicht der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 die Informationen zur Heizvorrichtung mit Diagnoseschwellwerten A und B, die vorab in einem Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung 62 eingestellt werden. Beispiele für Informationen zur Heizvorrichtung sind die Menge an elektrischer Leistung, die der Heizvorrichtung 4 zugeführt wird und das Maß an Steuerung durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5. Der Zustand der Elementabdeckung 3 kann basierend auf den Bestimmungsergebnissen des Vergleichs zwischen Informationen zur Heizvorrichtung und den Diagnoseschwellwerten A und B diagnostiziert werden.
Als nächstes wird die Struktur des Abgassensors S genauer beschrieben.
In 1 nimmt der Sensorkörper S1 des Abgassensors S das Sensorelement S1 innerhalb eines röhrenförmigen Gehäuses 11 auf und enthält die Elementabdeckung 3, welche eine Becherform aufweist und am distalen Ende des Gehäuses 11 der axialen Richtung X gesichert ist, und eine röhrenförmigen Atmosphärenabdeckung 12, welche am anderen Ende gesichert ist. Das Gehäuse 11 ist beispielsweise an einer Abgasleitung 101 der Abgasreinigungsvorrichtung 100, die in 4 gezeigt ist, befestigt, wobei das distale Ende des Sensorelements 1, welches von der Elementabdeckung 3 abgedeckt ist, ins Innere der Abgasleitung 101 vorsteht. Die Atmosphärenabdeckung 12 deckt das proximale Ende des Sensorelements S1, das außerhalb der Abgasleitung 101 angeordnet ist, ab. Das Sensorelement 1 ist elektrisch mit der Sensorsteuerungseinheit 50 über eine Anschlussleitung 13, die an dem proximalen Ende der Atmosphärenabdeckung 12 herausgeführt ist, verbunden.
Wie bei einem Beispiel in den 2 und 3 gezeigt, ist das Sensorelement 1 beispielsweise ein beschichtetes Element mit einer beschichteten Struktur. Die distale Endfläche eines Isoliersubstrats 21, welches als ebenes rechteckiges Parallelepiped geformt ist, stellt den Erfassungsabschnitt 2 dar. Der Erfassungsabschnitt 2 enthält eine Vielzahl von geradlinigen Elektroden, die jeweils als ein Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b dienen. Die Erfassungselektroden 2a und 2b sind alternierend angeordnet, sodass die Erfassungselektroden 2a und 2b Paare von Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten ausbilden. Der Erfassungsabschnitt 2 ist beispielsweise durch alternierende Platzierung von Elektrodenfilmen, welche als die Erfassungselektroden 2a und 2b dienen, zwischen isolierende Platten, welche das Isoliersubstrats 21 ausbilden, und durch Brennen der dadurch ausgebildeten Beschichtung, um diese zu integrieren, ausgebildet. Zu dieser Zeit ist der Rand von jedem Elektrodenfilm, von welchen zumindest ein Teil im Isoliersubstrat 21 eingebettet ist, geradlinig an der distalen Endfläche des Isoliersubstrats 21 freigelegt. Die freigelegten Teile der Elektrodenfilme stellen die Erfassungselektroden 2a und 2b dar. Das Isoliersubstrat 21 ist beispielsweise aus einem isolierenden Keramikmaterial, wie etwa Aluminiumoxid, ausgebildet.
Das Isoliersubstrat 21 bettet nicht veranschaulichte Anschlüsse ein, welche mit dem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b verbunden sind. Die Anschlüsse werden an dem proximalen Ende des Sensorelements 1 herausgeführt und sind mit einem Steuerungsabschnitt für eine PM Erfassung 51 der SCU 50 über die Anschlussleitung 13 (mit Verweis auf 1) verbunden. Der Steuerungsabschnitt für die PM Erfassung 51 enthält beispielsweise eine Spannungsanlegeschaltung zum Anlegen einer PM Erfassungsspannung über das Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b und sammelt elektrostatisch das PM zwischen dem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b während eines vorbestimmten Erfassungszeitraums an.
Das Prinzip des Erfassens des PM wird mit Bezug zum schematischen Diagramm, das in 5 gezeigt ist, beschrieben. Der Erfassungsabschnitt 2 des Sensorelements 1 enthält das Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b, die an der Oberfläche des Isoliersubstrats 21 angeordnet ist, um einander, in einem vorbestimmten Abstand zwischen sich, zugewandt zu sein. Das Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b ist in einem initialen Zustand nicht leitfähig. Falls eine vorbestimmte Spannung durch den Steuerungsabschnitt für die PM Erfassung 51 während des PM Erfassungszeitraums angelegt wird, wird PM durch das elektrische Feld, das zwischen dem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b erzeugt wird, angezogen und graduell angesammelt. Falls das Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b infolge des Ansammelns von PM leitfähig wird, verändert sich der Widerstandswert zwischen dem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b gemäß der Menge an angesammelten PM. Dadurch kann der Steuerungsabschnitt für die PM Erfassung 51 den Strom zwischen dem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b erfassen.
Das Isoliersubstrat 21 enthält eine Heizelektrode, welche einen Heizabschnitt 41 der Heizvorrichtung 4 darstellt, ein Paar von Anschlüssen 42 und 43 zum Erregen des Heizabschnitts 41 und einen Erfassungsanschluss 44, wobei alle davon in der Umgebung der distalen Endfläche eingebettet sind, an welcher die Erfassungselektroden 2a und 2b ausgebildet sind. Die Anschlüsse 42, 43 und 44 werden an dem proximalen Ende des Sensorelements 1 herausgeführt und sind mit dem Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 der SCU 50 über die Anschlussleitung 13 (mit Verweis auf 1) verbunden.
Der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 enthält beispielsweise eine Pulsbreiten-Modulationsschaltung, welche die Pulsbreite eines Ansteuersignals für die Heizvorrichtung steuert, und steuert den Betrag der Erregung des Heizabschnitts 41 unter Verwendung eines Tastgrads bzw. einer Duty Cycle eines Pulssignals (im Folgenden als Betriebszeit der Heizvorrichtung bezeichnet).
Dadurch steuert der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 die Menge an Wärme, der durch die Heizvorrichtung 4 erzeugt wird, und heizt das Sensorelement 1 auf eine gewünschte Temperatur auf. Beispielsweise wird vor dem Erfassen des PM durch den Steuerungsabschnitt für die PM Erfassung 51 der Erfassungsabschnitt 2 auf eine Temperatur aufgeheizt, die größer oder gleich zu einer Verbrennungstemperatur des PM ist, um das angesammelte PM zu verbrennen und zu entfernen, sodass der Erfassungsabschnitt 2 in den initialen Zustand zurückkehrt.
Die Elementabdeckung 3 ist beispielsweise ein Doppelbehälter, der in Richtung des Gehäuses 11 öffnet und eine äußere Abdeckung 3a und eine innere Abdeckung 3b enthält, welche angeordnet sind, um koaxial zu sein. Die äußere Abdeckung 3a enthält einen zylindrischen Körper mit einem im Wesentlichen gleichen Durchmesser und einer distalen Endfläche, die den zylindrischen Körper schließt. Mehrere Gasströmungslöcher 31 sind nahe dem distalen Ende durch die Seitenoberfläche des zylindrischen Körpers hindurch ausgebildet, sodass Abgas sowohl von der Abgasleitung 101 eingelassen, als auch zur Abgasleitung 101 ausgelassen wird. Die innere Abdeckung 3b enthält ein Gasströmungsloch 32 in der distalen Endfläche. Das Gasströmungsloch 32 verbindet den Raum innerhalb der inneren Abdeckung 3b und den Raum innerhalb der äußeren Abdeckung 3a.
Zusätzlich sind mehrere Gasströmungslöcher 32 nahe dem proximalen Ende durch die Seitenoberfläche der inneren Abdeckung 3b hindurch ausgebildet. Jedes Gasströmungsloch 32 enthält einen Führungsabschnitt 33, welcher nach innen zur inneren Abdeckung 3b geneigt ist. Dadurch wird Abgas, das ins Innere der äußeren Abdeckung 3a eingelassen wird, entlang der äußeren Oberfläche der inneren Abdeckung 3b in Richtung des proximalen Endes geführt und ins Innere der inneren Abdeckung 3b über die Gasströmungslöcher 32 eingeleitet. Das distale Ende von jedem Führungsabschnitt 33 ist angeordnet, um dem Erfassungsabschnitt 2 des Sensorelements 1, welcher auf der Achse der inneren Abdeckung 3b angeordnet ist, gegenüber zu liegen. Nach dem Strömen in Richtung des Erfassungsabschnitts 2, strömt das Abgas, das ins Innere der inneren Abdeckung 3b eingeleitet wurde, durch das Gasströmungsloch 32 an der distalen Endfläche aus und vermischt sich mit der Strömung des Abgases, die aus der äußeren Abdeckung 3a ausströmt.
Die Gasströmungslöcher 31 nahe der distalen Endfläche der äußeren Abdeckung 3a und das Gasströmungsloch 32 an der distalen Endfläche der inneren Abdeckung 3b sind beispielsweise kreisförmige Löcher. Die Gasströmungslöcher 32 nahe des proximalen Endes der inneren Abdeckung 3b sind beispielsweise verlängerte Löcher, die sich entlang der axialen Richtung X erstrecken und integral mit den verlängerten plattenähnlichen Führungsabschnitten 33 ausgebildet sind, welche durch Schneiden der Seitenoberfläche der inneren Abdeckung 3b ausgebildet sind.
Es sei beachtet, dass die Form der äußeren Abdeckung 3a und der inneren Abdeckung 3b und die Form der Gasströmungslöcher 31 und 32 nicht auf die vorher beschriebenen Formen beschränkt sind und eine beliebige Konfiguration aufweisen können. Darüber hinaus weisen die Gasströmungslöcher 32 nicht notwendigerweise die Führungsabschnitte 33 auf und die Anzahl und Position der Gasströmungslöcher 31 und 32 können nach Bedarf eingestellt sein. Die Gasströmungslöcher 31 und 32 sind vorzugsweise gleichmäßig um den gesamten Umfang der Seitenoberfläche der äußeren Abdeckung 3a oder der inneren Abdeckung 3b angeordnet, sodass keine Richtungsabhängigkeit für die Gasströmung vorgesehen ist.
Wie in 4 gezeigt, wird der Abgassensor S der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise für eine Abgasreinigungsvorrichtung 100 eines Dieselmotors (hier vereinfacht als Motor bezeichnet) ENG angewendet. Der Sensorkörper S1 ist an der Wand der Abgasleitung 101 stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (im Folgenden vereinfacht als DPF bezeichnet) 102 montiert. Die Hälfte des Sensorkörpers S1 des Abgassensors S, die näher am distalen Ende in der axialen Richtung X ist, ist innerhalb der Abgasleitung 101 angeordnet, um Feinstaub, der vom DPS 102 entweicht, zu erfassen und übermittelt an die SCU 50. Ein Temperatursensor 103 ist zwischen dem DPF 102 und dem Sensorkörper S1 angeordnet, um die Temperatur des Gases innerhalb der Abgasleitung 101 stromabwärts des DPF 102 zu erfassen. Das Erfassungssignal des Temperatursensors 103 wird zur ECU 60 als Abgasinformation übertragen.
Die ECU 60 empfängt neben der Information zur Temperatur des Teils des Abgases vom Temperatursensor 103 die Informationen zur Betriebszeit der Heizvorrichtung von dem Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 der SCU 50 und die PM Erfassungsinformationen von dem Steuerungsabschnitt für die PM Erfassung 51. Darüber hinaus enthält die ECU 60 einen Steuerungsabschnitt für die DPF-Regeneration 63, welcher die Regeneration des DPF 102 steuert und einen Diagnoseabschnitt für eine DPF-Störung 64, welcher eine Störung im DPF 102 (mit Verweis auf 1) diagnostiziert. Der Steuerungsabschnitt für die DPF-Regeneration 63 bestimmt beispielsweise, ob die Regeneration des DPF 102 auf Basis der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs oder dergleichen notwendig ist und der Diagnoseabschnitt für die DPF-Störung 64 bestimmt beispielsweise auf Basis der PM Erfassungsinformationen, ob eine Störung, wie etwa ein Riss im DPF 102, vorhanden ist.
Die ECU 60 empfängt eine Ansaugluftmenge, die durch einen nicht veranschaulichten Luftströmungsmesser erfasst wird und Erfassungssignale von beispielsweise einem Drehzahlsensor und einem Beschleunigungspositionssensor. Die ECU 60 lernt die Betriebsbedingung des Motors ENG auf Basis der empfangenen Informationen und steuert das gesamte Fahrzeug.
Die Abgasinformationen enthalten, neben der Temperatur des Teils des Abgases, Informationen bezüglich des Betriebs des Motors ENG, wie etwa die Strömungsrate des Gases in der Abgasleitung 101, und die Regenerationsinformation für den DPF 102. Die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases können erfasste Werte oder geschätzte Werte sein, die beispielsweise aus der Betriebsbedingung des Motors ENG abgeschätzt werden.
Der Motor ENG muss nicht notwendigerweise ein Dieselmotor sein, sondern kann ein Benzinmotor sein. In diesem Fall ist ein Benzinpartikelfilter (im Folgenden vereinfacht als GPF bezeichnet) anstatt des DPF 102 angeordnet.
Als nächstes wird der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 der ECU 60 genauer beschrieben.
Die PM Erfassungsinformationen, die durch den Abgassensor S erhalten werden, werden hauptsächlich zur Diagnose einer Störung in dem DPF 102 durch den Diagnoseabschnitt für die DPF-Störung 64 der ECU 60 verwendet. Um zuverlässig eine Störung im DPF 102 zu erfassen, muss der Abgassensor S den PM korrekt erfassen. Für die genaue Erfassung des PM ist zusätzlich zum Sensorelement 1 ebenso der Zustand der Elementabdeckung 3, der den Betrieb des Sensorelements 1 beeinflusst, wichtig.
Beispielsweise wird, falls das Verstopfen der Abdeckung infolge von beispielsweise einem Anhaften oder einer Ansammlung von Feinstaub oder dergleichen in den Gasströmungslöchern 31 und 32 der Elementabdeckung 3 auftritt, oder weil die Gasströmungslöcher 31 und 32 unabsichtlich oder fälschlicherweise geschlossen sind, die Strömung des Gases behindert, sodass keine ausreichende Menge an Abgas das Sensorelement 1 erreicht.
In einem solchen Fall wird, selbst falls eine Störung in dem DPF 102 auftritt, kein PM Erfassungssignal vom Sensorelement 1 ausgegeben. Dadurch wird weder die Bestimmung der Störung ausgeführt, noch ein Insasse darauf aufmerksam gemacht, was möglicherweise dazu führen kann, dass Feinstaub zur Außenseite des Fahrzeugs ausgestoßen wird. Zwischenzeitlich wird, falls die Elementabdeckung 3 brüchig wird und sich ablöst oder abgetrennt wird, die Menge des Abgases, die zum Sensorelement 1 eingeleitet wird, erhöht, was möglicherweise eine fehlerhafte Erfassung verursachen kann.
Um dieses Problem zu lösen, ist der Abgassensor S mit dem Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 vorgesehen, der den Zustand der Elementabdeckung 3 diagnostizieren kann (im Folgenden, falls erforderlich, als Abdeckungszustandsdiagnose bezeichnet). Die Abdeckungszustandsdiagnose verwendet die Informationen zur Heizvorrichtung, die erhalten werden, wenn die Heizvorrichtung 4 zum Aufheizen des Sensorelements 1 durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 betrieben wird. Dadurch bestimmt der Bestimmungsabschnitt für die Informationen zur Heizvorrichtung 62 die Informationen zur Heizvorrichtung unter Verwendung der Schwellwerte. In diesem Fall muss die Heizvorrichtung 4 korrekt betrieben werden und in einer Umgebung sein, in welcher die Informationen zur Heizvorrichtung nicht durch externe Faktoren oder dergleichen beeinflusst werden, um die Informationen zur Heizvorrichtung unter Verwendung der Schwellwerte zuverlässig zu bestimmen. Aus diesem Grund enthält der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61, welcher vor der Diagnose, die die Informationen zur Heizvorrichtung verwendet, bestimmt, ob die Abdeckungszustandsdiagnose ausgeführt werden kann.
Der Überblick zum Vorgang, der durch den Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 zu dieser Zeit durchgeführt wird, wird unter Verwendung von 6 beschrieben. Die Schritte S1 bis S3 in 6 entsprechen dem Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand 6 und die Schritte S4 bis S7 entsprechen dem Bestimmungsabschnitt für die Informationen zur Heizvorrichtung 62.
In 6 wird, wenn der Prozess zur Diagnose des Zustands der Elementabdeckung 3 begonnen wird, zuerst bei Schritt S1 bestimmt, ob die Heizvorrichtung 4 bereit ist, normal betrieben zu werden (d. h., Heizvorrichtung: normaler Betriebszustand?). Falls das Ergebnis von Schritt S1 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S2 fort und falls das Ergebnis von Schritt S1 negativ ist, wird bestimmt, dass die Diagnose nicht ausgeführt werden kann und die vorliegende Routine wird temporär unterbrochen.
Bei Schritt S2 wird ferner bestimmt, ob der Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung 3 in einem Zustand ist, die es ermöglicht, dass der Zustand der Abdeckung zuverlässig diagnostiziert werden kann (d. h. Umgebungsbedingung: Zustand ermöglicht Diagnose?). Falls das Ergebnis von Schritt S2 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S3 fort und falls das Ergebnis negativ ist, kehrt der Prozess zu Schritt S1 zurück, um die folgenden Schritte zu widerholen, bis der Zustand, der die Diagnose erlaubt, erreicht ist.
Die Schritte S1 und S2 bestimmen, ob die Heizvorrichtung 4, welche in dem Sensorkörper S1 enthalten ist und das Sensorelement 1 aufheizt, korrekt funktioniert (d. h., den internen Faktor) und ob der Zustand der Umgebungsbedingung des Sensorkörpers S1, oder genauer ausgedrückt, die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases, der im Inneren der Abgasleitung 101 strömt, in vorbestimmten Zuständen sind, die geeignet zur Diagnose des Zustands der Elementabdeckung 3 sind (d. h. den externen Faktor).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung am Abgassensor S auf Basis von sowohl den internen, als auch den externen Faktoren bestimmt, sodass der Zustand der Abdeckung mit hoher Zuverlässigkeit diagnostiziert wird.
Bei Schritt S1 wird bestimmt, dass die Abdeckungszustandsdiagnose ausgeführt werden kann, da die Ergebnisse von sowohl dem Schritt S1, als auch dem Schritt S2 positiv sind. Anschließend fährt der Prozess bei Schritt S4 fort und der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung wird begonnen. Genauer ausgedrückt, erregt der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 die Heizvorrichtung 4 und steuert den Betrag der Erregung, sodass der Erfassungsabschnitt 2 des Sensorelements 1 bei einer vorbestimmten Soll-Temperatur gehalten wird. Beispielsweise wird die Höhe der Stromzuführung durch einen PID Steuerungsprozess auf Basis der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und der Soll-Temperatur gesteuert. Die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 kann auf Basis von beispielsweise dem Zusammenhang zwischen dem Widerstand der Heizvorrichtung und der Sensortemperatur (beispielsweise mit Verweis auf 12) gemessen werden, wobei dies später erläutert wird.
Darüber hinaus wird bei Schritt S5 die Leistung der Heizvorrichtung, welche ein Beispiel für eine Information zur Heizvorrichtung ist, gemessen, wobei der Prozess bei Schritt S6 fortfährt. Bei Schritt S6 wird der gemessene Wert der Leistung der Heizvorrichtung mit dem Diagnoseschwellwert A und dem Diagnoseschwellwert B verglichen. Der Diagnoseschwellwert A ist beispielsweise ein unterer Grenzwert, bei welchem bestimmt werden kann, ob eine Abnormität infolge einer verstopften Abdeckung auftritt. Der Diagnoseschwellwert B ist beispielsweise ein oberer Grenzwert, bei welchem bestimmt werden kann, ob eine Abnormität infolge einer abgelösten Abdeckung auftritt.
Die Informationen zur Heizvorrichtung können beliebige Informationen sein, solange die Informationen ermöglichen, dass die Abnormität der Heizvorrichtung 4 erfasst wird und können Informationen zu einer Spannung oder einem Strom, der zur Heizvorrichtung 4 zugeführt wird, und dem Maß an Steuerung des Steuerungsabschnitts für die Heizvorrichtung 5, wie etwa die Betriebszeit der Heizvorrichtung, enthalten.
Wie in 7 gezeigt, wird die Temperatur des Sensorelements 1 (d. h. die Sensortemperatur) nach Starten des Motors ENG auf eine Temperatur aufgeheizt, die es ermöglicht, beispielsweise kondensiertes Wasser für einen bestimmten Zeitraum vor der Regeneration des Sensors zum Erfassen des PM zu entfernen. Zu dieser Zeit ist der Sensorkörper S1 einer Temperatur des Teils des Abgases ausgesetzt, die niedriger als die Temperatur, auf welche das Sensorelement 1 aufgeheizt wird, ist. Daher ändert sich die Steuerbarkeit der Heizvorrichtung abhängig vom Zustand der Elementabdeckung 3.
Beispielsweise unterscheidet sich, wie in 8 gezeigt, die Leistung der Heizvorrichtung, die zum Heizabschnitt 41 der Heizvorrichtung 4 zugeführt wird, (oder die Betriebszeit der Heizvorrichtung zum Steuern der Leistung der Heizvorrichtung) während der Heizsteuerung eines normalen Erzeugnisses mit der Elementabdeckung 3, die in einem normalen Zustand ist, von der bei einem defekten Erzeugnis, das eine verstopfte Abdeckung aufweist. Dies liegt daran, dass, falls die Gasströmungslöcher 31 und 32 der Elementabdeckung 3verstopft sind, das Abgas nicht in die Elementabdeckung 3 eingeleitet wird, wobei das Sensorelement 1 wenig wahrscheinlich abgekühlt wird. Dadurch wird die Leistung für die Heizvorrichtung, die notwendig ist, um das Sensorelement 1 auf zu heizen, im Vergleich zu einem Zustand, in welchem die Elementabdeckung 3 normal ist, verringert. Beispielsweise kann, wenn auf Basis des Zusammenhangs zwischen der Leistungen für die Heizvorrichtung die Leistung für die Heizvorrichtung des normalen Erzeugnisses als die untere Schwankungsgrenze eingestellt ist und die Leistung für das Heizelement des defekten Erzeugnisses als die obere Schwankungsgrenze eingestellt ist, der Diagnoseschwellwert A vorab auf Basis der Leistungswerte für die Heizvorrichtung zwischen der unteren und der oberen Grenze eingestellt sein.
In der Zwischenzeit ist, falls sich die Elementabdeckung 3 abgelöst hat, das Sensorelement 1 direkt dem Abgas ausgesetzt, sodass das Sensorelement 1 einer Temperatur des Teils des Abgases ausgesetzt ist, die niedriger als die Temperatur ist, auf welche das Sensorelement 1 aufgeheizt ist. In diesem Fall wird, verglichen mit einem Zustand, in welchem die Elementabdeckung 3 normal ist, die Leistung für die Heizvorrichtung, die notwendig ist, um das Sensorelement 1 auf zu heizen, erhöht. Dadurch kann auf die gleiche Weise der Diagnoseschwellwert B vorab auf Basis des Zusammenhangs zwischen den Leistungen für die Heizvorrichtung eingestellt sein.
Demzufolge kann bei Schritt S6 durch das Bestimmen, ob der gemessene Wert der Leistung für die Heizvorrichtung in einem vorbestimmten Bereich liegt, der größer als der Diagnoseschwellwert A ist, welcher der untere Grenzwert ist, und geringer als der Diagnoseschwellwert B ist, welche der obere Grenzwert ist, diagnostiziert werden, ob die Elementabdeckung 3 in einem normalen Zustand ist (d. h Diagnoseschwellwert A < gemessener Wert der Leistung für die Heizvorrichtung < Diagnoseschwellwert B). D. h., falls das Ergebnis von Schritt S6 positiv ist, fährt Prozess bei Schritt S7 fort, wobei für die Elementabdeckung 3 diagnostiziert wird, dass sie normal ist. Falls das Ergebnis bei Schritt S6 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S8 fort, wobei für die Elementabdeckung 3 diagnostiziert wird, dass sie abnorm ist. Danach wird die vorliegende Routine temporär ausgesetzt.
Da der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand 6 den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 enthält, geht gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Prozess nur dann zum Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung 62 weiter, wenn die Heizvorrichtung 4 korrekt funktioniert und wenn die Umgebungsbedingung den Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung nicht beeinflusst.
D. h., da der Zustand der Abdeckung basierend auf den Informationen zur Heizvorrichtung mit der Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung, wie etwa die Leistung der Heizvorrichtung, welche hoch ist, genau diagnostiziert wird, kann die fehlerhafte Erfassung verhindert werden, was die Zuverlässigkeit verbessert.
Zweite Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Bestimmungsablauf, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 ausgeführt wird, unter Verwendung der Flussdiagramme, die in den 9 bis 15 gezeigt sind, genauer beschrieben.
Die Bezugszeichen, die bei der zweiten Ausführungsform und danach verwendet werden und die die gleichen Bezugszeichen wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform sind, beziehen sich auf die gleichen Bestandteile wie die bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben.
9 entspricht dem Schritt S1 aus 6. Wenn der Bestimmungsprozess für die Diagnosefähigkeit der Abdeckungszustandsdiagnose begonnen wird, wird zuerst bei Schritt S11 der Widerstandswert des Heizabschnitts 41 der Heizvorrichtung 4 (im Folgenden, falls erforderlich, vereinfacht als Widerstand der Heizvorrichtung bezeichnet) als eine Kennzahl erfasst, die den Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 darstellt. Anschließend wird bei Schritt S12 der erfasste Widerstand der Heizvorrichtung mit vorbestimmten Widerstandsschwellwerten Rthl und Rth2 verglichen, um zu bestimmen, wie in 10 gezeigt, ob der erfasste Widerstand der Heizvorrichtung in einem normalen Bereich liegt, der durch den Widerstandsschwellwert Rthl, welcher der untere Grenzwert ist, und den Widerstandsschwellwert Rth2, welcher der obere Grenzwert ist, definiert ist (d. h. Rthl < Widerstand der Heizvorrichtung < Rth2).
Der Widerstand der Heizvorrichtung kann durch Erfassen des Stroms, der durch den Heizabschnitt 41 der Heizvorrichtung 4 strömt unter Verwendung von beispielsweise einer nicht veranschaulichten Erfassungsschaltung für den Widerstand der Heizvorrichtung berechnet werden, wenn eine vorbestimmte Spannung über den Erfassungsanschluss 44 angelegt wird (d. h. Widerstand Heizvorrichtung = angelegte Spannung/erfasster Strom).
Die Heizvorrichtung 4 ist aus einem leitfähigen Material hergestellt, das beispielsweise Edelmetall enthält. Falls die Heizvorrichtung 4 kontinuierlich oder periodisch gemäß dem Betrieb des Sensorelements 1 wiederholend aufgeheizt wird, ändert sich der Widerstand der Heizvorrichtung infolge von beispielsweise einer Aggregation des Edelmetallmaterials. Falls die Änderung signifikant wird, funktioniert die Heizvorrichtung nicht mehr korrekt und die Genauigkeit der Abdeckungszustandsdiagnose wird ebenso verringert.
Aus diesem Grund wird beispielsweise der Widerstand der Heizvorrichtung vorab im initialen Zustand gemessen, wobei der untere Grenzwert des normalen Bereichs auf Basis des initialen Widerstands als Widerstandsschwellwert Rthl gespeichert wird. Darüber hinaus kann der obere Grenzwert des normalen Bereichs, welcher der Widerstandsschwellwert Rth2 ist, unter Verwendung des Betrags der Änderung des Widerstands der Heizvorrichtung infolge von beispielsweise einer Alterungsverschlechterung relativ zu dem Widerstandsschwellwert Rthl eingestellt sein. Falls der gemessene Wert des Widerstands der Heizvorrichtung zu der Zeit der Bestimmung den Widerstandsschwellwert Rth2 übersteigt, wird bestimmt, dass die Heizvorrichtung 4 nicht korrekt funktioniert, wobei der folgende Bestimmungsprozess nicht ausgeführt wird.
In diesem Fall kann der Änderungsbetrag zum Einstellen des Widerstandsschwellwerts Rth2 nach Bedarf eingestellt sein und kann beispielsweise als ein Änderungsbetrag erhalten werden, der einem vorbestimmten Prozentsatz des initialen Widerstands entspricht.
Falls das Ergebnis bei Schritt S12 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S13 fort und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 normal ist. Danach wird der Prozess bei [1] Bestimmung des Zustands der Umgebungsbedingung fort.
Falls das Ergebnis bei Schritt S12 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S14 fort. In diesem Fall wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 abnorm ist, wobei die vorliegende Routine beendet wird, sodass die Abdeckungszustandsdiagnose nicht ausgeführt wird.
Alternativ kann, wie in 11 gezeigt, die Temperatur des Sensorelements 1, die auf dem Widerstand der Heizvorrichtung basiert, als eine Kennzahl verwendet werden, die den Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 angibt.
In diesem Fall wird, wenn der Bestimmungsprozess für die Diagnosefähigkeit begonnen wird, zuerst bei Schritt S21 der Widerstand der Heizvorrichtung auf die gleiche Weise wie bei Schritt S11 aus 9 erfasst. Anschließend wird bei Schritt S22 beispielsweise die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 des Sensorelements 1 unter Verwendung des erfassten Widerstands der Heizvorrichtung gemäß dem Zusammenhang zwischen dem Widerstand der Heizvorrichtung und der Sensortemperatur, der in 12 gezeigt ist, berechnet.
In diesem Fall erhöht sich, wie in 12 gezeigt, falls sich die Sensortemperatur durch den Einfluss der Umgebungsbedingung oder dergleichen erhöht, der Widerstand der Heizvorrichtung. Dadurch kann die Sensortemperatur indirekt unter Verwendung des Widerstands der Heizvorrichtung erfasst werden, in dem vorab dieser Zusammenhang beispielsweise als ein Kennfeld gespeichert wird.
Darüber hinaus wird bei Schritt S23 die berechnete Sensortemperatur mit vorbestimmten Temperaturschwellwerten Tthl und Tth2 basierend auf einer Referenztemperatur verglichen und es wird, wie in 13 gezeigt, bestimmt, ob die berechnete Sensortemperatur in einem normalen Bereich liegt, der durch den Temperaturschwellwert Tthl, welcher der untere Grenzwert ist, und den Temperaturschwellwert Tth2, welcher der obere Grenzwert ist, definiert ist (d. h. Tthl < Sensortemperatur < Tth2).
Die Referenztemperatur, die hier verwendet wird, ist beispielsweise die Temperatur des Abgases um das Sensorelement 1 herum, die durch den Temperatursensor 103 erfasst wird. In einem Zustand, in welchem der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung nicht durchgeführt wird, ist die Temperatur des Teils des Abgases stabil, wobei die Sensortemperatur im Wesentlichen gleich zu der Temperatur des Teils des Abgases ist. D. h., die Sensortemperatur, die basierend auf dem Widerstand der Heizvorrichtung erhalten wird, wird mit der Referenztemperatur, die durch den Temperatursensor 103 erfasst wird, verglichen, wobei bestimmt wird, dass die Heizvorrichtung 4 korrekt funktioniert, falls die Differenz in einem spezifischen Bereich liegt. In Anbetracht dieser Faktoren kann der Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 durch Einstellen der vorbestimmten Temperaturschwellwerte Tthl und Tth2, die die Differenz zwischen der Sensortemperatur und der Referenztemperatur in dem normalen Zustand berücksichtigen, durch Vergleichen der Sensortemperatur, die basierend auf dem Widerstand der Heizvorrichtung erhalten wird, mit der Referenztemperatur, die durch den Temperatursensor 103 erfasst wird, bestimmt werden.
Falls Ergebnis bei Schritt S23 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S24 fort, wobei bestimmt wird, dass der Betriebszustand der Heizvorrichtung normal ist. Danach fährt der Prozess bei [1] Bestimmung des Zustands der Umgebungsbedingung fort.
Falls das Ergebnis bei Schritt S23 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S25 fort. In diesem Fall wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 abnorm ist, wobei die vorliegende Routine beendet wird, sodass die Abdeckungszustandsdiagnose nicht ausgeführt wird.
Mit Bestimmen des Betriebszustands der Heizvorrichtung durch das vorher beschriebene Verfahren, ist, im Hinblick auf das Verbessern der Erfassungsgenauigkeit, die Umgebungstemperatur vorzugsweise stabil. Der Betriebszustand der Heizvorrichtung wird vorzugsweise bestimmt, wenn die Temperatur des Abgases relativ niedrig und in einer stabilen Temperaturumgebung ist, wie etwa in einer Umgebung bei niedriger Last direkt nach Starten des Motors ENG oder einer Fortbewegungsbedingung mit konstanter Geschwindigkeit. In diesem Fall fährt der Prozess sofort mit dem anschließenden Bestimmungsprozess für die Umgebungsbedingung und der Abdeckungszustandsdiagnose fort.
Falls bei Schritt S13 in 9 bestimmt wird, dass der Betriebszustand normal ist, fährt Prozess anschließend mit der Bestimmung des Zustands der Umgebungsbedingung in 14 fort. Das gleiche gilt für den Fall, wenn bei Schritt S24 in 11 bestimmt wird, dass der Betriebszustand normal ist.
14 entspricht dem Schritt S2 in 6. Zuerst werden bei Schritt S14 die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases, welche Kennzahlen sind, die den Zustand der Umgebungsbedingung angeben, erfasst. Die Temperatur des Teils des Abgases ist die Temperatur des Abgases um den Sensor herum und wird durch den Temperatursensor 103 erfasst. Neben der Temperatur des Teils des Abgases, ist die Strömungsrate des Teils des Abgases die Strömungsrate des Abgases um den Sensor herum und wird beispielsweise aus der Ansaugluftmenge, die durch einen nicht veranschaulichten Strömungsmesser, der vorher beschrieben wurde, erfasst wird, und der Information über die Querschnittsfläche der Abgasleitung 101 berechnet.
Bei Schritt S15 wird bestimmt, ob die erfasste Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases beispielsweise innerhalb eines Bereichs liegt, der es ermöglicht, die Diagnose auszuführen, wie in 15 gezeigt. Im Allgemeinen wird leichter erfasst, ob eine Störung der Elementabdeckung 3 vorliegt, als dass erfasst wird, ob die Differenz in der Temperaturschwankung, die durch die Art und Weise, wie das Gas auf das Sensorelement 1 trifft, verursacht wird, erhöht wird. Aus diesem Grund sind als Bedingungen zum Diagnostizieren des Zustands der Abdeckung die Temperatur des Teils des Abgases wünschenswerter Weise niedrig und die Strömungsrate des Teils des Abgases wünschenswerter Weise hoch. Beispielsweise kann, falls die Temperatur des Teils des Abgases in dem Bereich von ungefähr 150 °C bis 400 °C liegt, der Bereich der Strömungsrate des Teils des Abgases, in welchen die Diagnose ausgeführt werden kann, erhöht werden, wenn die Temperatur des Teils des Abgases verringert wird (beispielsweise, wenn die Temperatur des Teils des Abgases 150 °C ist, die Strömungsrate des Teils des Abgases ungefähr 15 m/s bis 40 m/s ist).
Das vorherige Speichern des Zusammenhangs zwischen der Temperatur des Teils des Abgases und der Strömungsrate des Teils des Abgases, der in 15 gezeigt ist, als ein Kennfeld oder dergleichen, ermöglicht es, zu bestimmen, ob die erfasste Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases innerhalb des Bereichs sind, der ermöglicht, dass die Diagnose ausgeführt wird.
Falls Ergebnis bei Schritt S15 positiv ist, fährt Prozess bei Schritt S16 fort. Bei Schritt S16 wird bestimmt, dass der Zustand der Umgebungsbedingung ermöglicht, dass der Zustand der Abdeckung diagnostiziert wird, wobei die Genauigkeit der Information zur Heizvorrichtung hoch ist (d. h. Genauigkeit der Information zur Heizvorrichtung: hoch). In diesem Fall fährt der Prozess anschließend mit [2] Abdeckungszustandsdiagnose auf Basis der Bestimmung der Informationen zur Heizvorrichtung fort, da bestimmt ist, dass die Diagnose ausgeführt werden kann.
Falls das Ergebnis bei Schritt S15 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S17 fort. Bei Schritt S15 wird bestimmt, dass der Zustand der Umgebungsbedingung es nicht ermöglicht, dass der Zustand der Abdeckung diagnostiziert wird, wobei die Genauigkeit der Information zur Heizvorrichtung niedrig ist (d. h. Genauigkeit der Information zur Heizvorrichtung: niedrig). In diesem Fall wird bestimmt, dass die Diagnose nicht ausgeführt werden kann.
Auf diese Weise wird nach dem Bestimmen, dass das Sensorelement 1 in einem normalen Betriebszustand ist und dass die Umgebungsbedingung zur Diagnose des Zustands der Abdeckung geeignet ist, anschließend die Abdeckungszustandsdiagnose ausgeführt, sodass die Diagnose mit hoher Genauigkeit ausgeführt wird.
Dritte Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden weitere Beispiele des Diagnoseablaufs, der durch den Bestimmungsabschnitt für Informationen zur Heizvorrichtung 62 ausgeführt wird, unter Verwendung der Flussdiagramme, die in den 16 bis 18 gezeigt sind, genauer beschrieben. Während bei der ersten Ausführungsform die Leistung der Heizvorrichtung verwendet wird, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Betriebszeit der Heizvorrichtung als die Information zur Heizvorrichtung zum Diagnostizieren des Zustands der Abdeckung verwendet. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Einstellen eines Diagnoseschwellwerts A für einen Fall beschrieben, bei welchen eine Störungsdiagnose insbesondere infolge des Verstopfens der Abdeckung als den Zustand der Abdeckung ausgeführt wird.
16 entspricht dem Schritt S4 sowie den darauf folgenden Schritten in 6. Wenn der Bestimmungsprozess für die Informationen zur Heizvorrichtung (Störung durch verstopfte Abdeckung) begonnen wird, wird zuerst bei Schritt S31 der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung begonnen.
Genauer ausgedrückt, das Aufheizen der Heizvorrichtung während der Regeneration des Sensorelements, nachdem der Motor gestartet ist, wird, wie in 7 gezeigt, verwendet, wobei die Betriebszeit der Heizvorrichtung zu dieser Zeit bei Schritt S32 gemessen wird. Anschließend werden bei Schritt S33 die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases erfasst, wobei der Prozess mit dem Schritt S34 fortfährt. Bei Schritt S34 wird der Diagnoseschwellwert A, der der Störung durch eine verstopfte Abdeckung entspricht, auf Basis der erfassten Temperatur des Teils des Abgases und der Strömungsrate des Teils des Abgases berechnet.
Wie durch den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Temperatur des Teils des Abgases in 17 gezeigt, verringert sich die Betriebszeit der Heizvorrichtung, wenn die Temperatur des Teils des Abgases bei dem normalen Erzeugnis erhöht wird (beispielsweise von 150 °C auf 350 °C), falls die Strömungsrate des Teils des Abgases konstant ist (beispielsweise 25 m/s).
Im Gegensatz dazu verringert sich bei einem defekten Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung die Strömungsrate des Gases, das durch die Gasströmungslöcher 31 und 32 läuft, sodass das Abgas daran gehindert wird, auf das Sensorelement 1 auf zu treffen. Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Temperatur des Sensorelements 1 verringert wird, wobei eine Kennlinie in eine Richtung verschoben wird, die die Betriebszeit der Heizvorrichtung verringert. Darüber hinaus ist die Betriebszeit der Heizvorrichtung in dem Bereich der Temperatur des Teils des Abgases von 250 °C oder mehr im Wesentlichen konstant.
Zusätzlich, wie durch den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Strömungsrate des Teils des Abgases in 18 gezeigt, wird, falls die Temperatur des Teils des Abgases konstant ist (beispielsweise 150 °C), die Betriebszeit der Heizvorrichtung erhöht, wenn die Strömungsrate des Teils des Abgases (beispielsweise 15 m/s bis 40 m/s) bei einem normalen Erzeugnis erhöht wird.
Im Gegensatz dazu ist die Steigung der Kennlinie bei dem defekten Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung sanfter als bei dem normalen Erzeugnis. Dadurch wird der Grad der Erhöhung der Betriebszeit der Heizvorrichtung relativ zur Erhöhung der Strömungsrate des Teils des Abgases verringert.
Mit diesen Zusammenhängen wird der Bereich, der durch die Linien der Kennlinie des normalen Erzeugnisses und des defekten Erzeugnisses mit einer verstopften Abdeckung umgeben ist, als der Bereich eingestellt, bei welchem der Diagnoseschwellwert A eingestellt werden kann. Die Betriebszeit der Heizvorrichtung, welche als der Diagnoseschwellwert A dient, kann für jede Kombination aus der Temperatur des Teils des Abgases und der Strömungsrate des Teils Abgases eingestellt sein.

Als ein Beispiel, das in der nachstehenden Tab. 1 angegeben ist, ist der Diagnoseschwellwert A auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die Temperatur des Teils des Abgases verringert wird und die Strömungsrate des Teils des Abgases erhöht wird. Der Zusammenhang wird durch vorher durchgeführte Tests oder dergleichen erhalten (beispielsweise mit Verweis auf Testbeispiel 1, welches nachstehend beschrieben wird). Das Schwellwert-Kennfeld oder die Berechnungsformel des Schwellwerts, die auf den Testergebnissen basieren, werden gespeichert, um für die Diagnose des Zustands der Abdeckung verwendet zu werden. Tab. 1

Temperatur des Teils des Abgases (°C)	Strömungsrate des Teils des Abgases (m/s)
Temperatur des Teils des Abgases (°C)	10	15	20	25	30	35	40
150	-	57%	61%	64%	68%	71%	75%
200	-	-	59%	61%	64%	67%	70%
250	-	-	56%	57%	60%	62%	64%
300	-	-	-	56%	58%	60%	62%
350	-	-	-	-	-	58%	59%
400	-	-	-	-	-	-	58%

Anschließend wird bei Schritt S35 bestimmt, ob die erfasste Betriebszeit der Heizvorrichtung größer als der berechnete Diagnoseschwellwert A ist (d. h. Erfassungswert der Betriebszeit der Heizvorrichtung > Diagnoseschwellwert A?). Falls das Ergebnis bei Schritt S35 positiv ist, wird bestimmt, dass eine Störung durch eine verstopfte Abdeckung nicht aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S36 fortfährt. Bei Schritt S36 wird bestimmt, dass die Abdeckung normal ist, wobei die Diagnose einer Störung durch eine verstopfte Abdeckung beendet wird.
Falls das Ergebnis bei Schritt S35 negativ ist, wird bestimmt, dass die Störung durch die verstopfte Abdeckung aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S37 fortfährt. Bei Schritt S37 wird bestimmt, dass die Abdeckung abnorm ist, wobei die Diagnose einer Störung durch eine verstopfte Abdeckung beendet wird.
Auf diese Weise wird der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung unter Verwendung der Heizvorrichtung 4 in dem normalen Betriebszustand ausgeführt, wobei die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils Abgases in der Umgebungsbedingung, die für die Diagnose geeignet ist, erfasst werden, um den Diagnoseschwellwert A zu berechnen. Dadurch wird der Zustand der Abdeckung mit hoher Genauigkeit diagnostiziert.
Vierte Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden weitere Beispiele des Diagnoseablaufs, der durch die den Bestimmungsabschnitt für die Informationen zur Heizvorrichtung 62 ausgeführt wird, unter Verwendung der Flussdiagramme, die in den 19 bis 21 gezeigt sind, genauer beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, die Betriebszeit der Heizvorrichtung als die Informationen zur Heizvorrichtung zum Diagnostizieren des Zustands der Abdeckung verwendet. Eine Diagnose einer Störung infolge einer abgelösten Abdeckung wird neben der verstopften Abdeckung als zusätzlicher Zustand der Abdeckung ausgeführt. Ein Verfahren zum Einstellen der Diagnoseschwellwerte A und B in einem solchen Fall wird beschrieben.
19 entspricht dem Schritt S4 sowie den darauf folgenden Schritten in 6. Wenn der Bestimmungsprozess für die Informationen zur Heizvorrichtung (Störung durch verstopfte Abdeckung) begonnen wird, wird zuerst bei Schritt S41 der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung begonnen.
Genauer ausgedrückt, wird das Aufheizen der Heizvorrichtung während der Regeneration des Sensorelements 1, nachdem der Motor gestartet ist, verwendet, wie in 7 gezeigt, wobei die Betriebszeit der Heizvorrichtung bei Schritt S42 zu dieser Zeit gemessen wird. Anschließend werden bei Schritt S43 die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases erfasst, wobei der Prozess bei Schritt S44 fortfährt. Bei Schritt S44 wird der Diagnoseschwellwert A, der der Störung durch eine verstopfte Abdeckung entspricht, auf Basis der erfassten Temperatur des Teils des Abgases und der Strömungsrate des Teils des Abgases berechnet. Das Verfahren zum Einstellen des Diagnoseschwellwerts A ist das gleiche wie bei der dritten Ausführungsform.
Darüber hinaus wird bei Schritt S45 der Diagnoseschwellwert B, der der Störung durch eine abgelöste Abdeckung entspricht, auf Basis der erfassten Temperatur des Teils des Abgases und der Strömungsrate des Teils des Abgases berechnet.
Wie durch den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Temperatur des Teils des Abgases in 20 gezeigt, wird, falls die Strömungsrate des Teils des Abgases konstant ist (beispielsweise 25 m/s), die Temperatur des Sensorelements problemlos verringert, da das Abgas bei einem defekten Erzeugnis mit einer abgelösten Abdeckung leichter auf das Sensorelement 1 auftrifft als bei einem normalen Erzeugnis. Dies verschiebt die Linie der Kennlinie in eine Richtung, um die Betriebszeit der Heizvorrichtung zu erhöhen.
Zusätzlich wird, wie durch den Zusammenhang zwischen der Betriebszeit der Heizvorrichtung und der Strömungsrate des Teils des Abgases in 21 gezeigt, falls die Temperatur des Teils des Abgases konstant ist (beispielsweise 150 °C), die Steigung der Linie der Kennlinie bei einem defekten Erzeugnis mit einer abgelösten Abdeckung im Gegensatz dazu, wenn das Erzeugnis normal ist, erhöht. Dadurch wird der Grad der Erhöhung der Betriebszeit der Heizvorrichtung relativ zu der Erhöhung der Strömungsrate des Teils des Abgases erhöht.
Mit diesen Zusammenhängen wird der Bereich, der durch die Linien der Kennlinie des normalen Produkts und des defekten Produkts mit einer verstopften Abdeckung umgeben ist, als der Bereich eingestellt, in welchem der Diagnoseschwellwert B eingestellt werden kann. Die Betriebszeit der Heizvorrichtung, welche als Diagnoseschwellwert B dient, kann für jede Kombination aus Temperatur des Teils des Abgases und Strömungsrate des Teils des Abgases eingestellt sein.

Als ein Beispiel, das in nachstehender Tab. 2 gezeigt ist, ist der Diagnoseschwellwert B für die gleiche Kombination aus Temperatur des Teils des Abgases und Strömungsrate des Teils des Abgases größer als der Diagnoseschwellwert A, wobei er auf einen größeren Wert eingestellt ist, wenn die Temperatur des Teils des Abgases verringert wird und die Strömungsrate des Teils Abgases erhöht wird. Der Zusammenhang wird als Schwellwert-Kennfeld oder als Berechnungsformel des Schwellwerts gespeichert und wird zum Diagnostizieren des Zustands der Abdeckung verwendet. Tab. 2

Temperatur des Teils des Abgases (°C)	Strömungsrate des Teils des Abgases (m/s)
Temperatur des Teils des Abgases (°C)	10	15	20	25	30	35	40
150	-	59%	66%	74%	80%	90%	98%
200	-	-	62%	69%	75%	84%	91%
250	-	-	57%	64%	69%	78%	85%
300	-	-	-	60%	65%	73%	79%
350	-	-	-	-	-	70%	76%
400	-	-	-	-	-	-	72%

Anschließend wird bei Schritt S46 bestimmt, ob die erfasste Betriebszeit der Heizvorrichtung größer als der berechnete Diagnoseschwellwert A ist (d. h. Erfassungswert der Betriebszeit der Heizvorrichtung > Diagnoseschwellwert A?). Falls das Ergebnis bei Schritt S46 positiv ist, wird bestimmt, dass die Störung durch eine verstopfte Abdeckung nicht aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S47 fortfährt. Falls das Ergebnis bei Schritt S 46 negativ ist, wird bestimmt, dass die Störung durch die verstopfte Abdeckung aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S48 fortfährt. Bei Schritt S48 wird bestimmt, dass die Störung durch die verstopfte Abdeckung aufgetreten ist, wobei die Diagnose beendet wird.
Bei Schritt S47 wird bestimmt, ob die erfasste Betriebszeit der Heizvorrichtung kürzer als der berechnete Diagnoseschwellwert B ist (d. h. erfasster Wert der Betriebszeit der Heizvorrichtung < Diagnoseschwellwert B?). Falls das Ergebnis bei Schritt S47 positiv ist, wird bestimmt, dass die Störung durch eine abgelöste Abdeckung nicht aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S49 fortfährt. Bei Schritt S49 wird bestimmt, dass die Abdeckung normal ist, wobei die Diagnose beendet wird. Falls das Ergebnis bei Schritt S47 negativ ist, wird bestimmt, dass die Störung durch die abgelöste Abdeckung aufgetreten ist, wobei der Prozess bei Schritt S40 fortfährt. Bei Schritt S40 wird bestimmt, dass die Störung durch die abgelöste Abdeckung aufgetreten ist, wobei die Diagnose beendet wird.
Auf diese Weise wird der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung unter Verwendung der Heizvorrichtung 4 im normalen Betriebszustand ausgeführt, wobei die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases in der Umgebungsbedingung, die geeignet für die Diagnose ist, erfasst werden, um die Diagnoseschwellwert A und Diagnoseschwellwert B zu berechnen. Dadurch wird der Zustand der Abdeckung mit hoher Genauigkeit diagnostiziert.
Fünfte Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein weiteres Beispiel für den Bestimmungsablauf, der durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 des Diagnoseabschnitts für den Abdeckungszustand 6 ausgeführt wird, unter Verwendung des Flussdiagramms, das in 22 gezeigt ist, beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem der DPF 102 (oder GPF) stromaufwärts des Sensorkörpers S1 des Abgassensors S angeordnet ist, wobei das Bestimmen des Bestimmungsabschnitts für die Diagnosefähigkeit 61 unter Berücksichtigung der Erhöhung in der Temperatur, beispielsweise infolge der Regeneration des DPF 102, als der Zustand der Umgebungsbedingung ausgeführt wird.
In 22 wird, wenn der Bestimmungsprozess für die Diagnosefähigkeit begonnen wird, zuerst bei Schritt S51 bestimmt, ob der DPF 102 regeneriert wird (d. h. wird die Degeneration des DPF ausgeführt?). Falls das Ergebnis bei Schritt S51 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S52 fort. Falls das Ergebnis bei Schritt S51 positiv ist, wird die Regeneration ausgeführt, um den PM, der sich an dem DPF 102 angesammelt hat, abzubrennen, wobei sich die Temperatur des Gases um das Sensorelement 1 herum, das stromabwärts des DPF 102 angeordnet ist, erhöhen kann. Dadurch wird bestimmt, dass die Diagnose nicht ausgeführt werden kann, wobei die darauffolgende Abdeckungszustandsdiagnose nicht ausgeführt wird.
Bei Schritt S52 wird der Widerstand der Heizvorrichtung, welcher eine Kennzahl ist, der den Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 angibt, erfasst. Anschließend wird bei Schritt S53 bestimmt, ob der erfasste Widerstand der Heizvorrichtung innerhalb eines normalen Bereichs liegt, der durch den Widerstandsschwellwert Rthl, welcher der untere Grenzwert ist, und den Widerstandsschwellwert Rth2, welcher der obere Grenzwert ist, definiert ist (d. h. Rthl < Widerstand der Heizvorrichtung < Rth2). Falls das Ergebnis bei Schritt S53 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S54 fort. Bei Schritt S54 wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Heizvorrichtung 4 normal ist, wobei der Prozess bei Schritt S55 fortfährt. Falls das Ergebnis bei Schritt S53 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S59 fort. Bei Schritt S59 wird bestimmt, dass die Diagnose infolge der Abnormität im Widerstand der Heizvorrichtung nicht ausgeführt werden kann, wobei die sich anschließende Abdeckungszustandsdiagnose nicht ausgeführt wird.
Bei Schritt S55 werden die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases zum Bestimmen des Zustands der Umgebungsbedingung erfasst, wobei der Prozess bei Schritt S56 fortfährt. Bei Schritt S56 wird bestimmt, ob die Temperatur des Teils des Abgases und die Strömungsrate des Teils des Abgases innerhalb eines Bereichs liegen, der es ermöglicht, dass die Diagnose ausgeführt wird. Falls das Ergebnis bei Schritt S56 positiv ist, fährt der Prozess bei Schritt S57 fort, wobei bestimmt wird, dass der Zustand der Umgebungsbedingung in der diagnosefähigen Zone liegt (d. h. Genauigkeit der Informationen zu Heizvorrichtung: hoch). In diesem Fall kann die Diagnose ausgeführt werden, wobei der Prozess auf Basis der Bestimmung der Informationen zur Heizvorrichtung zu [2] Abdeckungszustandsdiagnose fortfährt. Falls das Ergebnis bei Schritt S56 negativ ist, fährt der Prozess bei Schritt S58 fort. Bei Schritt S58 wird bestimmt, dass der Zustand der Umgebungsbedingung außerhalb der diagnosefähigen Zone liegt (d. h. Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung: niedrig), wobei die sich anschließende Abdeckungszustandsdiagnose nicht ausgeführt wird.
Da der Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit 61 beispielsweise die Regeneration des DPF 102 vor dem Erfassen der Informationen zur Heizvorrichtung bestimmt, wird auf diese Weise die sich anschließende Abdeckungszustandsdiagnose effizient ausgeführt.
Testbeispiel 1
Wie in 23 gezeigt, wurde der Zusammenhang zwischen der Strömungsrate des Teils des Abgases und die Betriebszeit der Heizvorrichtung überprüft, der vom Abgassensors S zur Evaluation verwendet wird. Bei der Evaluation wird der Temperatursteuerungsprozess des Sensorelements 1 durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 bei einem vorbestimmten Zustand der Umgebungsbedingung ausgeführt. Die Evaluationsbedingungen waren wie folgt.
PM Sensor: ein normales Erzeugnis (keine Verstopfung der Abdeckung), ein Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung und ein Erzeugnis mit einer abgelösten Abdeckung
Temperatur des Teils des Abgases: 200 °C bis 300 °C
Strömungsrate des Teils des Abgases: bis zu 30 m/s
Die Evaluation wurde mittels Durchführen eines Tests an einer tatsächlichen Vorrichtung mit einem Sensorkörper (n = 5) ausgeführt, der das Sensorelement 1 zum Erfassen des PM und eine neue Elementabdeckung 3, die als das normale Erzeugnis verwendet wird, enthält. Die Änderungen bei der Sensortemperatur und der Betriebszeit der Heizvorrichtung, wenn der Zustand des Abgases verändert wurde, wurden mit denen des Erzeugnisses mit einer verstopften Abdeckung verglichen, wie in 23 gezeigt. Die gleichen Tests wurden für das Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung und das Erzeugnis mit einer abgelösten Abdeckung durchgeführt. Für das Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung wurde der Sensorkörper (n = 5) verwendet, der der gleiche wie bei dem normalen Erzeugnis ist, wobei die Elementabdeckung 3 mit einer ersetzt wurde, bei welcher die Gasströmungslöcher 31 und 32 verstopft waren. Für das Erzeugnis mit einer abgelösten Abdeckung wurde die Elementabdeckung 3 entfernt. Der gleiche Test wurde ebenso für ein Erzeugnis mit einer Abnormität in der Heizvorrichtung durchgeführt, d. h., bei dem Erzeugnis hat sich der Heizabschnitt 41 der Heizvorrichtung 4 verschlechtert.
Wie in 24 gezeigt, erhöht sich, wenn das Aufheizen des normalen Erzeugnisses durch den Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung begonnen wird, die Betriebszeit der Heizvorrichtung. Als Reaktion auf die Erhöhung, erhöht sich die Sensortemperatur graduell bis zu einer vorbestimmten Temperatur. Danach wird die Betriebszeit der Heizvorrichtung graduell verringert und wird stabil, um die vorbestimmte Temperatur beizubehalten. Falls die Strömungsrate des Teils des Abgases infolge der Beschleunigung des Motors ENG erhöht wird, wird die Betriebszeit der Heizvorrichtung wieder erhöht.
Obwohl das Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung die gleiche Tendenz wie das normale Erzeugnis aufweist, ist im Gegensatz dazu das Ansteigen zu Beginn des Aufheizens schnell, wobei die Betriebszeit der Heizvorrichtung im Allgemein kleiner als die beim normalen Erzeugnis ist, da die Sensortemperatur durch das Gas, das auf das Sensorelement auftrifft, weniger beeinflusst wird.
Dadurch wurde, wie in 23 gezeigt, die Betriebszeit der Heizvorrichtung des Erzeugnisses mit einer verstopften Abdeckung verringert, wobei die Betriebszeit der Heizvorrichtung des Erzeugnisses mit einer abgelösten Abdeckung hinsichtlich der Betriebszeit der Heizvorrichtung beim normalen Erzeugnis im gesamten Bereich der Strömungsrate bzw. bei jeder Strömungsrate des Teils des Abgases erhöht war. Dies gibt an, dass der Zustand der Abdeckung diagnostiziert werden kann, wobei Störungen, die durch eine verstopfte Abdeckung und eine abgelöste Abdeckung verursacht werden, wie in der Figur gezeigt, durch Einstellen des Diagnoseschwellwerts A und des Diagnoseschwellwerts B auf Basis des Grads der Betriebszeit der Heizvorrichtung wie vorher beschrieben erfasst werden können.
Falls eine Abnormität bei der Heizvorrichtung des Erzeugnisses vorliegt, kann der Zustand der Abdeckung unter Verwendung der Betriebszeit der Heizvorrichtung nicht diagnostiziert werden, da kaum eine Differenz bei der Betriebszeit der Heizvorrichtung zwischen dem Erzeugnis mit einer Abnormität bei der Heizvorrichtung und dem Erzeugnis mit einer verstopften Abdeckung vorliegt.
25 zeigt ein Beispiel des Steuerungsprozesses für die Heizvorrichtung, der durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 ausgeführt wird. Beispielsweise steuert der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 direkt nach Starten des Motors ENG den Erfassungsabschnitt 2 des Sensorelements 1 auf eine Temperatur, die kondensiertes Wasser abstößt und eine Beschädigung durch Flüssigphase verhindert (300 °C bis 600 °C). Anschließend steuert der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung 5 den Erfassungsabschnitt 2 des Sensorelements 1 auf eine Temperatur, bei welcher der PM abgebrannt wird und ein Aschebestandteil nicht schmilzt (600 °C bis 800 °C), wobei dann die Heizvorrichtung 4 abgeschaltet wird, sodass der Erfassungsabschnitt gekühlt wird und sich der PM ansammelt. Danach wird die Temperatur gesteuert (größer oder gleich zu der Temperatur des Teils Abgases zu sein), sodass Thermophorese auftritt und sich keine giftigen Substanzen absetzen.
Dadurch kann der Zustand der Abdeckung unter Verwendung des Steuerungsprozesses für die Heizvorrichtung in jeder der Steuerungsmoden diagnostiziert werden.
Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen wurde der Fall, in welchem der Abgassensor S als der PM Sensor verwendet wird, beschrieben. Jedoch ist die Verwendung des Abgassensors S nicht auf den PM Sensor beschränkt und der Abgassensor S kann als ein Gassensor, wie etwa ein NOx Sensor, verwendet werden. In diesem Fall sind, wie in 26 gezeigt, eine Messgaskammer 202, in welche das Abgas eingeleitet wird, und eine Atmosphärenkammer 203, in welche die atmosphärische Luft eingeleitet wird, innerhalb des Sensorelements 1 mit einem Festelektrolytkörper 201, der dazwischen angeordnet ist, definiert. Eine Pumpelektrode 204 und eine Sensorelektrode 205 sind angeordnet, um der Messgaskammer 202 zugewandt zu sein und eine Referenzelektrode 206 ist angeordnet, um der Atmosphärenkammer 203 zugeordnet zu sein. Eine Diffusionswiderstandsschicht 207, welche die Messgaskammer 202 mit der Außenseite verbindet, ist an der distalen Endfläche des Sensorelements 1 vorgesehen. Eine Abfangschicht 208 zum Ansammeln der giftigen Substanzen bedeckt die Oberflächen des distalen Endabschnitts des Sensorelements 1.
Selbst in einem Fall, in welchem der Abgassensor S als ein solcher Gassensor verwendet wird, kann der Zustand der nicht veranschaulichten Elementabdeckung 3 auf die gleiche Weise diagnostiziert werden, wenn der Steuerungsprozess für die Heizvorrichtung des Erfassungsabschnitts 2 unter Verwendung der Heizvorrichtung 4, welche im Sensorelement 1 enthalten ist, ausgeführt wird. Darüber hinaus kann die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 beispielsweise auf Basis des Zusammenhangs (beispielsweise mit Verweis auf 12) zwischen der Sensortemperatur und der Impedanz zwischen zwei Elektroden (beispielsweise die Sensorelektrode 205 und die Referenzelektrode 206), die mit dem Festelektrolytkörper 201 zwischen sich angeordnet sind, gemessen werden.
Als ein Beispiel (1), das in 27 gezeigt ist, kann bei dem Sensorelement 1, das auch für den PM Sensor verwendet wird, die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 unter Verwendung der Impedanz zwischen einem Paar von Erfassungselektroden 2a und 2b gemessen werden. Darüber hinaus kann als ein Beispiel (2) ein Thermistor zur Temperaturerfassung in dem Sensorelement 1 eingebettet sein, wobei die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 auf Basis des Zusammenhangs zwischen dem Thermistor-Widerstand und der Sensortemperatur gemessen werden kann. Ein Beispiel (3) ist das Beispiel, das bei der ersten Ausführungsform gezeigt ist, wobei die Temperatur des Erfassungsabschnitts 2 auf Basis des Zusammenhangs zwischen dem Widerstand der Heizvorrichtung der Heizvorrichtung 4, welche in dem Sensorelement 1 enthalten ist, und der Sensortemperatur gemessen wird.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorherigen Ausführungsformen beschränkt und kann für verschiedene Ausführungsformen angewendet werden, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen für ein Abgasreinigungssystem des Motors, der den DPF 102 enthält, angewendet wurde, kann das System, das den Motor enthält, nach Bedarf verändert werden. Anstelle einer Anwendung bei Fahrzeugen, kann die vorliegende Offenbarung für verschiedene Anwendungen verwendet werden, wobei die Konfigurationen des Abgassensors S und des Sensorelements 1 nach Bedarf verändert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018200243 [0001]

Claims

Abgassensor (S), der enthält: ein Sensorelement (1), das einen Erfassungsabschnitt (2) enthält, der konfiguriert ist, einen spezifischen Bestandteil, der im Abgas enthalten ist, zu erfassen; eine Elementabdeckung (3), die das Sensorelement aufnimmt und ein oder mehrere Gasströmungslöcher (31 und 32) zum Einlassen des Gases in und zum Auslassen des Gases aus der Elementabdeckung (3); eine Heizvorrichtung (4), die konfiguriert ist, das Sensorelement auf zu heizen, wenn sie erregt wird; ein Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung (5), der konfiguriert ist, zu steuern, wie die Heizvorrichtung des Sensorelement aufheizt; und einen Diagnoseabschnitt für einen Abdeckungszustand (6), der konfiguriert ist, einen Zustand der Elementabdeckung unter Verwendung der Informationen zur Heizvorrichtung, die erhalten werden, wenn die Heizvorrichtung durch den Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung betrieben wird, zu diagnostizieren, wobei der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand einen Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit (61) aufweist, der konfiguriert ist, zu bestimmen, ob der Zustand der Elementabdeckung basierend auf der Genauigkeit der Informationen zur Heizvorrichtung, die über den Betriebszustand der Heizvorrichtung und einen Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung erhalten wird, diagnosefähig ist.
Abgassensor gemäß Anspruch 1, wobei der Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Informationen zur Heizvorrichtung basierend darauf, ob die Heizvorrichtung bereit ist, normal zu arbeiten, und basierend darauf, ob der Zustand der Umgebungsbedingung in einem Zustand ist, der es ermöglicht, dass der Zustand der Elementabdeckung diagnostiziert wird, genau sind.
Abgassensor gemäß Anspruch 2, wobei der Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit als Reaktion auf beide nachstehenden Bestimmungen bestimmt, dass der Zustand der Elementabdeckung diagnosefähig ist: Bestimmung, dass die Heizvorrichtung bereit ist, normal zu arbeiten, basierend auf entweder der Information zum Widerstandswert der Heizvorrichtung, oder der Temperaturinformation des Sensorelement, und Bestimmung, dass der Zustand der Umgebungsbedingung basierend auf der Information zu einem Teil des Abgases, der sich um die Elementabdeckung herum befindet, in einem Zustand ist, der es ermöglicht, dass der Zustand der Elementabdeckung diagnostiziert wird.
Abgassensor gemäß Anspruch 3, wobei die Informationen über den Teil des Abgases, der sich um die Elementabdeckung herum befindet, zumindest entweder eine Temperatur des Teils des Abgases oder eine Strömungsrate des Teils des Abgases enthalten.
Abgassensor gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der spezifische Bestandteil Feinstaub enthält, das Sensorelement mit der Elementabdeckung abgedeckt ist und in einer Abgasleitung (101), durch welches Abgas strömt, angeordnet ist, ein Sammelfilter (102) zum Ansammeln des Feinstaubs stromaufwärts der Elementabdeckung in einer Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen ist, und die Abgasinformationen Informationen zur Regeneration des Sammelfilters enthalten.
Abgassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung konfiguriert ist, die Erregung der Heizvorrichtung gemäß einer Soll-Temperatur des Sensorelement zu steuern, und die Informationen zur Heizvorrichtung entweder die Menge an elektrischer Leistung, die zur Heizvorrichtung zugeführt wird, oder eine gesteuerte Variable der Heizvorrichtung, die von dem Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung verwendet wird, enthält.
Abgassensor gemäß Anspruch 6, wobei der Diagnoseabschnitt für den Abdeckungszustand konfiguriert ist, um je nach Auswahl die Menge an elektrischer Leistung, die zur Heizvorrichtung zugeführt wird, oder die gesteuerte Variable der Heizvorrichtung, die von dem Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung verwendet wird, mit einem entsprechenden Diagnoseschwellwert (A, B) zu vergleichen und dementsprechend den Zustand der Elementabdeckung als Reaktion auf die Bestimmung durch den Bestimmungsabschnitt für die Diagnosefähigkeit, dass der Zustand der Elementabdeckung diagnosefähig ist, zu diagnostizieren.
Abgassensor gemäß Anspruch 7, wobei der Diagnoseschwellwert je nach Auswahl für die Menge an elektrischer Leistung, die zur Heizvorrichtung zugeführt wird, oder für die gesteuerte Variable der Heizvorrichtung, die von dem Steuerungsabschnitt für die Heizvorrichtung verwendet wird, gemäß dem Zustand der Umgebungsbedingung der Elementabdeckung eingestellt ist.